Aparatura łączeniowa do silników IE3 - Automatyka
Transkrypt
Aparatura łączeniowa do silników IE3 - Automatyka
Aparatura łączeniowa do silników IE3 Na podstawie oceny skutków wdrożenia dyrektywy UE640/2009 i 04/2014 zakłada się zmniejszenie zużycia energii o 139 TWh do 2020 r. w porównaniu ze scenariuszem zakładającym niepodejmowanie żadnych działań. zz Od dnia 16 czerwca 2011 r. silniki o mocy znamionowej w granicach 0,75–375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE2. zz Od dnia 1 stycznia 2015 r. silniki o mocy znamionowej w granicach 7,5–375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE3 lub odpowiadać klasie sprawności IE2, jeżeli są wyposażone w układ płynnej regulacji prędkości obrotowej. zz Od dnia 1 stycznia 2017 r. wszystkie silniki o mocy znamionowej w granicach 0,75–375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE3 lub odpowiadać klasie sprawności IE2, jeżeli są wyposażone w układ płynnej regulacji prędkości obrotowej. Zmiana tych parametrów ma wpływ na działanie aparatury łączeniowej, co należy uwzględnić w doborze tej aparatury. Dotychczasowe kryteria doboru aparatów na bazie wartości mocy /prądu znamionowego silnika w przypadku silników IE3 muszą być rozszerzone i uwzględniać prąd rozruchowy silnika. Norma IEC 60034-30 określa trzy poziomy sprawności silników: zz IE1 – silniki standardowe (standard); zz IE2 – silniki o podwyższonej sprawności (high efficiency); zz IE3 – silniki najwyższego poziomu sprawności (premium). Przykładowo: silnik 7,5 kW (6 biegunów) – 84,7% (IE1), 87,2% (IE2), 89,1% (IE3). Zwiększenie sprawności silników, a co za tym idzie – zmiana ich konstrukcji, wpływa na parametry charakterystyczne dla rozruchu silnika: zz wartość IA/IN, prąd rozruchowy/prąd znamionowy; zz zmniejszenie prądu znamionowego (przy tej samej mocy); zz zwiększenie początkowego prądu rozruchowego. Przykład silnika IE3 (7,5 kW, IN = 14,3 A, IA/IN = 7,4) Stosunek IA/IN w zależności od konstrukcji i producenta silnika może osiągać wartość powyżej 10, natomiast początkowy prąd rozruchowy może przekroczyć 14-krotność prądu znamionowego. 10 l Nr 2 l Luty 2015 r. Przykładowy przebieg wartości prądu przy rozruchu bezpośrednim silnika indukcyjnego klatkowego Firma Siemens przeprowadziła badania silników IE3 różnych producentów i w oparciu o wyniki dokonała niezbędnych zmian w aparaturze łączeniowej SIRIUS. Zmiany dotyczą następujących grup aparatów: zz wyłączniki silnikowe; zz styczniki; zz zestawy rozruchowe; zz styczniki półprzewodnikowe; zz softstartery – układy łagodnego rozruchu; zz przekaźniki przeciążeniowe. Powyższe aparaty, dostarczane od początku 2015 roku, spełniają wymagania doboru dla silników klasy IE3. Jednak ze względu na zróżnicowaną wartość prądu rozruchowego w przypadku silnika, dla którego IA/IN > 8,5, dobór należy skonsultować z przedstawicielem producenta. Dobór wyłącznika silnikowego do silnika IE3 Wyłączniki silnikowe są powszechnie stosowane do ochrony silnika przed przeciążeniem i zwarciem w obwodzie zasilania. W przypadku silników klasy IE3 przy doborze wyłącznika należy uwzględnić, oprócz prądu znamionowego silnika, również prąd rozruchowy, a w szczególności wartość początkową tego prądu. Poniżej przykład doboru wyłącznika do silnika klasy IE3 o mocy znamionowej 7,5 kW. Prąd znamionowy silnika: 14,3 A. Możliwe wielkości wyłącznika silnikowego: zz wyłącznik silnikowy A: zakres prądu wyzwalacza przeciążeniowego 10–16 A; zz wyłącznik silnikowy B: zakres prądu wyzwalacza przeciążeniowego 14–20 A. Efektywność energetyczna Należy podkreślić, że wyłącznik B generuje o ok. 35% mniej strat energii (ciepło) niż wyłącznik A. Granica wyzwolenia bezzwłocznego wyzwalacza zwarciowego wyłącznika silnikowego 3RV wynosi (13-krotność maksymalnej wartości zakresu wyzwalacza przeciążeniowego): zz wyłącznik silnikowy A: granica wyzwalacza zwarciowego 208 A (13 × 16 A) mnożnik dla prądu znamionowego 14,3 A: wynosi 14,54; zz wyłącznik silnikowy B: granica wyzwalacza zwarciowego 260 A (13 × 20 A) mnożnik dla prądu znamionowego 14,3 A: wynosi 18,18. Zalecany jest wyłącznik silnikowy B z zakresem prądu wyzwalacza przeciążeniowego 14–20 A. Należy zauważyć, że producenci silników nie podają w danych katalogowych wartości początkowego prądu rozruchowego. W laboratorium firmy Siemens wykonano badania około 4 tysięcy silników IE3 różnych producentów i stwierdzono, że wartość początkowego prądu rozruchowego może oscylować w granicach 14–20-krotnej wartości prądu znamionowego silnika. Prąd rozruchowy początkowy jest zależny od impedancji obwodu zasilania i silnie tłumiony przez długość kabli zasilających. Tabela 1 przedstawia wyłączniki silnikowe 3RV dostosowane do zabezpieczenia silników klasy IE3. 12 l Nr 2 l Luty 2015 r. Tabela 1. Wyłączniki silnikowe 3RV dostosowane do zabezpieczenia silników klasy IE3 Moc [kW] Silniki IE3 S00 S0 S2 Innovation S3 Classic < 0,75 0,75 1,1 1,5 2,2 3 4 x 5,5 + x 7,5 + x 11 + 15 18,5 x 22 x 30 * * 37 45 Jeśli zakres nastaw częściowo nakłada się, należy wybrać wyższy. Wyzwalacze zwarciowe są dostosowane do silników IE3. + – rozszerzony zakres nastaw; x– nowy zakres nastaw, rekomendowane dla IE3 o mocy > 15 kW, gdy IA/IN > 8,5; *– dla wyłączników S3 > 63 A / 37 kW tylko proces wyłączania zwarć; wyłączenie i załączenie silnika z wykorzystaniem stycznika. Styczniki silnikowe do załączania silników klasy IE3 Załączanie silników klasy IE3 stawia dodatkowe wymagania wobec styczników silnikowych. Wraz ze wzrostem prądu rozruchowego styki stycznika narażone są na zwiększone obciążenie termiczne (spawanie styków) oraz wibracje. Styczniki Sirius 3RT, produkowane przez firmę Siemens, zostały odpowiednio zmodyfikowane. zz Wielkości od S00 do S3 dla silników do 45 kW Produkowane są od października 2014 roku. IE2 = IE3 zz Wielkość S6 do S12 Jeżeli silnik IE3 ma prąd rozruchowy większy niż IA/IN > 8,5, należy dobór stycznika skonsultować z przedstawicielem producenta. Również układy rozruchowe, np. gwiazda/trójkąt, należy poddać analizie i dokonać doboru aparatury w konsultacji z przedstawicielem producenta. Softstarty 3RW – układy łagodnego rozruchu do załączania silników klasy IE3 Urządzenia łagodnego rozruchu Sirius 3RW umożliwiają rozruch silnika przy ograniczanym prądzie rozruchowym, a po zakończeniu rozruchu przełączają zasilanie na styki obejściowe. Załączanie silników klasy IE3 powoduje wydłużenie czasu rozruchu, a przez to zwiększenie obciążenia termicznego półprze- wodników. Dobór właściwego softstartu wymaga uwzględnienia zarówno zwiększonego czasu rozruchu, jak również liczby załączeń w określonej jednostce czasu. Jeżeli silnik IE3 ma prąd rozruchowy większy niż IA/IN > 8,0, należy softstart dobrać o jedną wielkość większy w stosunku do mocy silnika. Dla silników IE3 o mocy powyżej 45 kW i prądzie rozruchowym IA/IN > 8,5 wskazane jest skorzystanie z programu symulacji Winsikostart. Przekaźniki przeciążeniowe termiczne i elektroniczne Przekaźniki przeciążeniowe Sirius 3RU i 3RB spełniają wymagania ochrony silników klasy IE3, a ich dobór następuje w oparciu o wartość prądu znamionowego silnika i charakter rozruchu. W ofercie firmy Siemens znajdują się standardowe przekaźniki termiczne oraz przekaźniki elektroniczne o zwiększonej funkcjonalności i zmniejszonych stratach energii (ciepło). Więcej na temat aparatów łączeniowych do siników klasy IE3: www.siemens.pl/ie3 Opracowano na podstawie materiałów firmy Siemens AG.n e-mail: [email protected] www.siemens.pl/ie3 Nr 2 l Luty 2015 r. l 13